烏-昌地區(qū)近50 a濕潤指數(shù)變化特征分析

石 玉，邢文淵，李 聰

（新疆氣候中心，新疆烏魯木齊830002）

氣候濕潤指數(shù)是由聯(lián)合國荒漠化防治公約（UNC-CD）在1994年定義的，是年降水量與年潛在蒸散量之比[1]，它給出了由氣候條件（降水量和氣溫等）確定的氣候干濕狀況。氣候的干濕狀況直接關(guān)系到農(nóng)作物生長的水分條件，因而，也直接影響到農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)類型和作物布局。在農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃中，氣候濕潤指數(shù)是重要的參考指標(biāo)，其一直受氣候?qū)W者特別是農(nóng)業(yè)氣候?qū)W者的重視[2]。2005年，中國氣象局發(fā)布的《生態(tài)質(zhì)量氣象評價規(guī)范》將濕潤指數(shù)列為生態(tài)質(zhì)量氣象評價的評價要素之一，將其作為判斷某一地區(qū)氣候干濕程度的指標(biāo)[3]。

因而，濕潤指數(shù)目前廣泛應(yīng)用于干旱研究、氣候干濕狀況區(qū)劃以及生態(tài)環(huán)境變化等研究中[4-13]。在全球氣候變化的背景下，降水量與潛在蒸散量也必將發(fā)生變化，因而，開展?jié)駶欀笖?shù)的變化研究十分必要。

烏-昌地區(qū)位于新疆中天山以北，是新疆政治、經(jīng)濟、文化的中心；天山北坡是新疆重要的經(jīng)濟作物生長帶，研究該區(qū)域的濕潤指數(shù)，可以更好地了解該區(qū)域農(nóng)作物生長的水分條件。同時，借助地表濕潤指數(shù)對半干旱區(qū)域的干濕狀況進行研究，將有助于各級政府和相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及時了解旱情的分布及程度，并且采取積極有效的防旱抗旱措施，合理調(diào)配水資源，為科學(xué)指揮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供重要保障。

1 材料和方法

1.1 數(shù)據(jù)資料

采用烏-昌地區(qū)9個氣象站點1963—2012年逐月的氣象觀測資料，包括氣溫、氣壓、風(fēng)速、相對濕度、降水量等，用于濕潤指數(shù)的計算。由于計算的時間序列較長，為了能較好地進行分析比較，借鑒世界氣象組織的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)要求，以1971—2000年30 a的平均值作為氣候標(biāo)準(zhǔn)值。

1.2 研究方法

濕潤指數(shù)由前蘇聯(lián)B.B.多庫恰耶夫和Γ.H.維索茨基在20世紀(jì)初提出，用降水量與蒸發(fā)力之比描述氣候相對干濕程度[5-7]。中國氣象局發(fā)布的《生態(tài)質(zhì)量氣象評價規(guī)范》將濕潤指數(shù)列為生態(tài)質(zhì)量氣象評價的評價要素之一，并且定義了利用氣象要素計算濕潤指數(shù)的方法。

式中，K為濕潤指數(shù)，R為降水量，ET為潛在蒸散量。該指數(shù)的物理基礎(chǔ)在于體現(xiàn)了2個最重要的地表水分收支分量：大氣的降水和最大潛在蒸發(fā)，而這2個量正是地表熱能和水分變化的關(guān)鍵參量[6-7]。

計算月濕潤指數(shù)時，R為月降水量，ET為月潛在蒸散量。月潛在蒸散量ETi（mm）計算公式[3]為：

式中，i是編號，Pi是月平均氣壓（mb），ti是月平均氣溫（℃），di是月的天數(shù)，Ui是在10～12 m高度處觀測的月平均風(fēng)速（m/s），Woi是在溫度為ti時的飽和水汽壓（mmHg），hi是月平均相對濕度。飽和水汽壓Wo（mmHg）的計算公式為：當(dāng)月平均溫度0 ℃＜t≤30 ℃時

當(dāng)月平均溫度-40℃≤t＜0℃時，wo＝2.6366×

K＜1表示大氣降水少于植被生理過程需水量；K＝1表示該區(qū)域大氣降水與植被生理需水達到平衡；K＞1表示大氣降水大于植被生理過程需水量，降水條件不成為當(dāng)?shù)刂脖簧硇杷南拗埔蜃?。如果K＞1，設(shè)定K＝1。

2 結(jié)果與分析

2.1 濕潤指數(shù)年際變化特征分析

由圖1可知，1963—2012年間，烏-昌地區(qū)濕潤指數(shù)最低為2007年（0.44），最高為1987年（0.86）；50 a間，濕潤指數(shù)呈中間高、兩頭低，總體略微上升的趨勢。經(jīng)過線性回歸的方法得到，濕潤指數(shù)平均每10 a增加0.01，與30 a氣候標(biāo)準(zhǔn)值（0.69）相比，在1963—1980年間濕潤指數(shù)負(fù)距平明顯多于正距平；其中，1981—2000年間濕潤指數(shù)多為正距平；2001—2012年間濕潤指數(shù)正負(fù)距平數(shù)基本相等且交替發(fā)生；1987年和2007年出現(xiàn)了近50 a間的最大正負(fù)距平值。

2.2 濕潤指數(shù)月變化特征分析

通過對逐月的濕潤指數(shù)計算，發(fā)現(xiàn)烏-昌地區(qū)濕潤指數(shù)有明顯的季節(jié)變化，呈兩頭高，中間低的分布態(tài)勢（圖2）；夏季7，8月份濕潤指數(shù)最低，僅為0.3～0.4，較為干旱，冬春季濕潤指數(shù)較高，在0.8左右；在整個植被生長季（4—10月），濕潤指數(shù)平均在0.3～0.7之間；尤其是在夏季，濕潤指數(shù)持續(xù)偏低，屬于半干旱區(qū)，這對農(nóng)作物的生長有一定的影響。將近50 a均值與30 a氣候標(biāo)準(zhǔn)值比較發(fā)現(xiàn)，月變化總體趨勢較為一致，除7，8月份較氣候標(biāo)準(zhǔn)值略偏高外，其他月份均略低于氣候標(biāo)準(zhǔn)值。

2.3 2012年濕潤指數(shù)月變化特征分析

進一步選取2012年逐月濕潤指數(shù)與30 a氣候標(biāo)準(zhǔn)值進行比較，結(jié)果（圖3）表明，2012年的濕潤指數(shù)4—6月顯著低于30 a氣候標(biāo)準(zhǔn)值，8月略低于30 a氣候標(biāo)準(zhǔn)值，9，10月高于30 a氣候標(biāo)準(zhǔn)值，其他月份接近或略高于30 a氣候標(biāo)準(zhǔn)值。4—6月濕潤指數(shù)較氣候標(biāo)準(zhǔn)值明顯偏低，說明該時期氣候條件偏旱，對春季農(nóng)作物的生長將會產(chǎn)生不利的影響。

3 結(jié)論與討論

1963—2012年期間，烏-昌地區(qū)濕潤指數(shù)呈中間高、兩頭低，總體略微上升的趨勢，以平均每10 a增加0.01的速率上升。表明在近50 a，烏-昌地區(qū)的氣候有緩慢變濕的趨勢，這對該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的變化將產(chǎn)生積極的影響。

烏-昌地區(qū)濕潤指數(shù)有明顯的季節(jié)變化，冬春季較高，夏秋季偏低。夏季、秋季的濕潤指數(shù)較低，表明大氣降水量少于植被生理過程的需水量，土壤為干旱缺水狀態(tài)，而這一時期正是農(nóng)作物生長及成熟的關(guān)鍵時期，濕潤指數(shù)相對較低，會對農(nóng)作物或其他植被的生長發(fā)育造成一定影響。

將2012年濕潤指數(shù)與30 a氣候標(biāo)準(zhǔn)值進行比較，可以明顯地反映該年份相對歷史同一時期的干濕狀況，2012年的4—6月濕潤指數(shù)較30 a氣候標(biāo)準(zhǔn)值明顯偏低，表明這一時期烏-昌地區(qū)明顯偏旱，對春季農(nóng)作的生長發(fā)育極為不利。這為相關(guān)部門及時、科學(xué)安排抗旱工作提供了依據(jù)。

[1]韓沁哲，匡方毅，隋兵.湖南省長沙市濕潤指數(shù)定量分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（28）：17494-17495，17544.

[2]張淑杰，張玉書.東北地區(qū)濕潤指數(shù)及其干濕界線的變化特征分析[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2011（3）：226-232.

[3]中國氣象局.生態(tài)質(zhì)量氣象評價規(guī)范 [EB/OL].[2005-07-10].http：//www.chinaam.com.cn/gan.

[4]林晶，馬治國.福建省地表濕潤指數(shù)的時空分布特征[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2010，26（20）：65-69.

[5]申雙和，張方敏，盛瓊，等.1975—2004年中國濕潤指數(shù)時空變化特征[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2009（1）：11-15.

[6]邢文淵，劉志軍.南疆地區(qū)地表濕潤指數(shù)變化分析[J].新疆師范大學(xué)學(xué)報，2009（9）：4-7.

[7]邢文淵，馬雷凱.北疆地區(qū)地表濕潤指數(shù)變化分析[J].沙漠綠洲氣象，2009（4）：9-12.

[8]劉永忠，李齊霞，孫萬榮，等.氣候干旱與作物干旱指標(biāo)體系[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，33（3）：50-53.

[9]拉巴，衛(wèi)東.西藏近25年濕潤指數(shù)定量分析[J].西藏科技，2008（6）：60-62.

[10]吳炳娟，張旭暉.江蘇省近50年濕潤指數(shù)變化研究[C]//第七屆長三角氣象科技論壇論文集.南京：江蘇省氣象局，2010.

[11]杜軍，邊多.藏北牧區(qū)地表濕潤狀況對氣候變化的響應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報，2009（5）：2437-2444.

[12]卓靜，鄧鳳東.基于RS和GIS的延安市環(huán)境質(zhì)量動態(tài)分析[J].干旱區(qū)研究，2010（3）：467-473.

[13]馬柱國，符淙斌.中國北方干旱區(qū)地表濕潤狀況的趨勢分析[J].氣象學(xué)報，2001，59（6）：737-746.